RU2131525C1 - Modular engine power control - Google Patents
Modular engine power control Download PDFInfo
- Publication number
- RU2131525C1 RU2131525C1 RU98105311A RU98105311A RU2131525C1 RU 2131525 C1 RU2131525 C1 RU 2131525C1 RU 98105311 A RU98105311 A RU 98105311A RU 98105311 A RU98105311 A RU 98105311A RU 2131525 C1 RU2131525 C1 RU 2131525C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- engine
- power
- pistons
- cycles
- time intervals
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B75/00—Other engines
- F02B75/02—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
- F01B1/00—Reciprocating-piston machines or engines characterised by number or relative disposition of cylinders or by being built-up from separate cylinder-crankcase elements
- F01B1/12—Separate cylinder-crankcase elements coupled together to form a unit
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
- Control Of Vehicle Engines Or Engines For Specific Uses (AREA)
Abstract
Description
Изобретение входит в сферу применения поршневых двигателей внутреннего сгорания. The invention is within the scope of piston internal combustion engines.
Предлагаемый способ управления мощностью двигателя внутреннего сгорания предполагает использование принципа работы свободнопоршневых генераторов газов, описание которых даны в монографии кандидата технических наук П.А.Шелеста "Безвальные генераторы газов" Машгиз, Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, М., 1960. The proposed method for controlling the power of an internal combustion engine involves the use of the principle of operation of free-piston gas generators, the description of which is given in the monograph of Candidate of Technical Sciences P.A. Shelest "Shaft-less gas generators" Mashgiz, State Scientific and Technical Publishing House of Mechanical Engineering, M., 1960.
Принцип работы свободнопоршневого генератора газов. Перед пуском поршни машины 1 /см. фиг.1/ и соединенные с ними поршни компрессора 2 разводятся в крайние положения. Из пускового резервуара в буферные полости 3 подается сжатый воздух, который встречно толкает поршни компрессора и машины. Поршни сближаются и сжимают воздух в камере сгорания 4. Воздух из полостей компрессора 5 через перепускные клапаны 6 перетекает в воздушный ресивер 7. В момент, близкий к максимальному сближению поршней, в камеру сгорания форсункой 8 подается топливо. Топливо воспламеняется и продукты сгорания, расширяясь, меняют направление движения поршней. Атмосферный воздух через впускные клапаны 9 поступает в полости компрессора, а воздух в буферных полостях сжимается. Перед достижением поршнями крайних положений последовательно открываются выпускные 10, а затем впускные 11 окна. Продукты сгорания и часть продувочного воздуха из воздушного ресивера через впускные и выпускные окна поступает в сглаживающий пульсации давления газовый ресивер 12 и далее на турбину 13. Крутящий момент снимается с вала турбины 14. В момент достижения крайних положений поршни под воздействием воздуха в буферных полостях меняют направление движения и рабочий цикл повторяется. Управление мощностью свободнопоршневых генераторов газов производится изменением частоты рабочих циклов путем варьирования дозы подаваемого в камеру сгорания топлива на каждый рабочий цикл. The principle of operation of the free-piston gas generator. Before starting the pistons of the machine 1 / cm. figure 1 / and the pistons of the
Сущность изобретения. Основная особенность принципа работы свободнопоршневых генераторов газов состоит в том, что между поршнями машины и валом отбора мощности отсутствует жесткая кинематическая связь. Именно в силу этой особенности оказывается возможным реализовать управление мощностью не дозированием топлива, а соответствующим нагрузке изменением временных интервалов между рабочими циклами при постоянстве подаваемых на каждый рабочий цикл масс топлива и воздуха. SUMMARY OF THE INVENTION The main feature of the principle of operation of free-piston gas generators is that there is no rigid kinematic connection between the pistons of the machine and the power take-off shaft. It is by virtue of this feature that it is possible to implement power control not by fuel metering, but by the corresponding load by changing the time intervals between duty cycles with constant masses of fuel and air supplied to each duty cycle.
Конструктивно такой двигатель может оформляться как единичный модуль, в состав которого входят все необходимые для обеспечения его работоспособности устройства, или в виде комплекса нескольких однотипных модулей, объединенных общей системой управления. Поэтому двигатель с предлагаемым способом управления мощностью условно назовем модульным двигателем. Structurally, such an engine can be designed as a single module, which includes all the devices necessary to ensure its operability, or as a complex of several modules of the same type, united by a common control system. Therefore, the engine with the proposed method of power control is conventionally called a modular engine.
Необходимое условие реализации предлагаемого способа управления мощностью двигателя - отсутствие жесткой обратной связи между характером нагрузки и законом движения поршней. Поэтому кинетическая энергия поршней должна передаваться на вал отбора мощности способами, исключающими эту обратную связь - пневматическим, гидравлическим, электрическим и другими способами. A necessary condition for the implementation of the proposed method of controlling engine power is the absence of a rigid feedback between the nature of the load and the law of motion of the pistons. Therefore, the kinetic energy of the pistons must be transmitted to the power take-off shaft in ways that exclude this feedback — pneumatic, hydraulic, electric, and other methods.
Принцип действия модульного двигателя. При иллюстрации принципа действия модульного двигателя предполагается, что кинетическая энергия поршней передается на вал отбора мощности электрическим способом. The principle of operation of a modular engine. When illustrating the principle of operation of a modular engine, it is assumed that the kinetic energy of the pistons is transmitted to the power take-off shaft electrically.
Модуль состоит из машины, преобразующей химическую энергию топлива в кинетическую энергию поршней, системы управления длительностью задержек поршней и параметрами рабочих циклов, электродвигателя вала отбора мощности. The module consists of a machine that converts the chemical energy of the fuel into the kinetic energy of the pistons, a control system for the duration of the piston delays and the parameters of the operating cycles, and an electric motor for the power take-off shaft.
Система управления длительностью задержек поршней и параметрами рабочих циклов 1 /см. фиг.2/ обеспечивает работу автоматики модуля и включает акселератор 2, процессор 3, коммутатор 4, аккумулятор 5, комплект датчиков параметров рабочего цикла 6 и фиксаторы поршней в исходных состояниях 7. A control system for piston delay times and 1 / cm duty cycle parameters. figure 2 / provides the automation of the module and includes an
Электродвигатель вала отбора мощности 8 преобразует генерируемую в соленоидах 9 электроэнергию в крутящий момент вала отбора мощности. The electric motor of the power take-
Если перед пуском поршни машины 10 и соединенные с ними поршни компрессора 11 находятся не в исходных положениях, процессор подает сигнал на коммутатор, который подключает аккумулятор к соленоидам. Импульс электроэнергии соответствующей полярности поступает на соленоиды и возникающие при этом магнитные поля соленоидов разводят поршни в исходные положения. Для обеспечения готовности машины к началу рабочего цикла поршни удерживаются фиксаторами поршней, а датчики положения поршней сигнализируют об исходном положении поршней на процессор. If before starting the pistons of the machine 10 and the pistons of the compressor 11 connected to them are not in their original positions, the processor sends a signal to the switch, which connects the battery to the solenoids. An impulse of electric power of the corresponding polarity is supplied to the solenoids and the magnetic fields of the solenoids arising from this move the pistons to their original positions. To ensure that the machine is ready for the start of the working cycle, the pistons are held by the piston retainers, and the piston position sensors signal the initial position of the pistons to the processor.
При пуске двигателя сигнал с акселератора поступает на процессор, который через коммутатор подключает аккумулятор к обмоткам соленоидов и подает сигнал на фиксаторы поршней. Фиксаторы освобождают поршни, а протекающий по обмоткам соленоидов ток создает магнитные поля определенной напряженности и направления, в результате чего поршни машины и компрессора начинают встречное движение. Величина тока в обмотках соленоидов определяется процессором на основе данных о массе и физико-химических свойств, поступающих в камеру сгорания топлива и воздуха таким образом, чтобы закон движения поршней обеспечил необходимые для полного сгорания топлива давления при минимальном времени рабочего цикла. Воздух из полостей компрессора 12 через перепускные клапаны 13 поступает в ресивер 14. Вблизи точки максимального сближения поршней процессор форсункой 15 подает топливо в камеру сгорания 16. Топливо воспламеняется и продукты сгорания, расширяясь, меняют направление движения поршней. Атмосферный воздух через впускные клапаны 17 поступает в полости компрессора. Последовательно открываются выпускные 18 и впускные 19 окна. Отработанные газы через коллектор выхлопных газов 20 вытекают наружу, а воздух из ресивера через впускные и выпускные окна продувает цилиндр. Одновременно при движении поршней от центра к периферии в обмотках соленоидов генерируется электродвижущая сила и через коммутатор поступает на электродвигатель вала отбора мощности и на аккумулятор. Аккумулятор заряжается до уровня, необходимого для обеспечения энергией инициирования очередного рабочего цикла. При работе модуля в режиме максимальной мощности рабочий цикл повторяется сразу же без перерыва. В случае частичных нагрузок на модуль процессор устанавливает временной интервал задержки поршней между рабочими циклами обратно пропорциональный величине снижения вырабатываемой мощности, а при увеличении нагрузки временной интервал сокращается вплоть до нуля. When the engine is started, the signal from the accelerator goes to the processor, which connects the battery to the solenoid windings through the switch and sends a signal to the piston clamps. The clamps release the pistons, and the current flowing through the windings of the solenoids creates magnetic fields of a certain strength and direction, as a result of which the pistons of the machine and compressor begin to counter-move. The magnitude of the current in the solenoid windings is determined by the processor based on the mass and physico-chemical properties of the fuel and air entering the combustion chamber in such a way that the law of piston movement provides the pressure necessary for complete combustion of the fuel with a minimum duty cycle time. Air from the cavities of the
Из описания принципа действия модульного двигателя видно, что процесс управления мощностью расчленен на два независимых друг от друга процесса - на процесс маневрирования текущей мощностью двигателя изменением длительности временных интервалов между рабочими циклами и не зависимый от характера нагрузки на двигатель процесс дозирования масс топлива и воздуха, подаваемых в камеру сгорания на каждый рабочий цикл, в сочетании со степенью сжатия рабочего тела в соответствии с физико-химическими характеристиками используемого топлива. Отсутствие жесткой обратной связи между характером нагрузки на двигатель и законом движения поршней позволяет в широких пределах управлять параметрами рабочих циклов, обеспечивая двигателю наряду с высокими экологическими экономическими показателями еще и свойства многотопливного двигателя. В зависимости от конкретных условий эксплуатации транспортного средства на передний план могут выдвигаться требования высокой экологичности или повышенной мощности двигателя. Для их удовлетворения в системе управления длительностью задержек поршней и параметрами рабочих циклов предусматривается переключатель режимов работы двигателя с экологического на форсированный режим. From the description of the principle of operation of a modular engine it can be seen that the power control process is divided into two independent processes - the process of maneuvering the current engine power by changing the length of time intervals between duty cycles and the process of dispensing masses of fuel and air supplied to the engine, independent of the load into the combustion chamber for each working cycle, in combination with the degree of compression of the working fluid in accordance with the physicochemical characteristics of the fuel used. The absence of a rigid feedback between the nature of the load on the engine and the law of motion of the pistons allows a wide range of control of the parameters of the operating cycles, providing the engine, along with high environmental economic indicators, the properties of a multi-fuel engine. Depending on the specific operating conditions of the vehicle, the requirements of high environmental friendliness or increased engine power may come to the fore. To satisfy them, the control system for the duration of piston delays and the parameters of the operating cycles provides for a switch of the engine operating modes from ecological to forced mode.
Маневрирование длительностью временных интервалов между рабочими циклами обеспечивает двигателю предельно высокую приемистость. Минимальное время выхода двигателя на режим полной мощности от нулевой до максимальной ограничивается только временем единичного рабочего цикла и инерционностью электродвигателя вала отбора мощности. Кроме того, теряет смысл само понятие холостого хода, так как пуск двигателя происходит, по сути дела, каждый раз в начале каждого рабочего цикла. Двигатель работает только тогда, когда требуется тяговое усилие движителя. При движении транспортного средства под уклон, по инерции и на остановках, даже самых коротких, двигатель не включается. Maneuvering the length of time intervals between duty cycles provides the engine with extremely high throttle response. The minimum time for the engine to reach full power from zero to maximum is limited only by the time of a single duty cycle and the inertia of the power take-off motor. In addition, the very concept of idling loses its meaning, since the engine starts, in fact, every time at the beginning of each working cycle. The engine only works when propulsion is required. When the vehicle moves on a slope, by inertia and at stops, even the shortest, the engine does not turn on.
Выше упоминалось, что по аналогии с многоцилидровым двигателем модульный двигатель может оформляться в виде комплекса однотипных модулей под контролем общей системы управления. В многомодульном варианте управление мощностью двигателя может осуществляться изменением временных интервалов между рабочими циклами одного или нескольких модулей последовательно либо параллельно. К основным особенностям многомодульных двигателей прежде всего следует отнести:
- живучесть - выход из строя одного или даже нескольких модулей во время движения транспортного средства лишь частично снизит динамические характеристики двигателя, но не лишит его работоспособности и водителю необязательно выходить из кабины и даже прерывать движения;
- повышенная ремонтоспособность - восстановление работоспособности двигателя в полном объеме может производиться заменой неисправного модуля на исправный или морально устаревшего на модернезированный;
- пластичность архитектуры - возможность размеoать элементы двигателя и даже модули целиком в различных местах транспортного средства.It was mentioned above that, by analogy with a multi-cylinder engine, a modular engine can be designed as a complex of the same type of modules under the control of a common control system. In the multi-module version, engine power control can be carried out by changing the time intervals between the operating cycles of one or more modules in series or in parallel. The main features of multimodular engines should primarily include:
- survivability - the failure of one or even several modules while the vehicle is moving will only partially reduce the dynamic characteristics of the engine, but will not deprive it of working capacity and the driver need not leave the cab and even interrupt the movement;
- increased maintainability - restoration of the engine’s working capacity in full can be carried out by replacing a faulty module with a working one or outdated with a modernized one;
- plasticity of the architecture - the ability to place engine elements and even entire modules in various places of the vehicle.
Перечисленные качества многомодульных двигателей могут оказаться полезными для использования их как на городском транспорте, так и при оснащении боевых машин и транспортных средств, предназначаемых для работы в тяжелых условиях в значительном отрыве от средств ремонта и обслуживания. В автомобильных салонах появится новый вид предпродажной подготовки - комплектация транспортного средства модулями различной модификации по желанию покупателя. Возможно также и поэтапное наращивание модульной кратности или частичная комплектация двигателя модулями. The listed qualities of multimodular engines can be useful for using them both on public transport and when equipping military vehicles and vehicles designed to operate in harsh conditions, far from the means of repair and maintenance. A new type of pre-sale preparation will appear in car dealerships - equipment of a vehicle with modules of various modifications at the request of the buyer. It is also possible a phased build-up of modular multiplicity or partial equipment of the engine with modules.
На фиг. 1 дана принципиальная схема генератора газов со свободнодвижущимся поршнями. In FIG. 1 is a schematic diagram of a gas generator with free-moving pistons.
На фиг.2 - принципиальная схема модульного двигателя. Figure 2 is a schematic diagram of a modular engine.
Claims (1)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98105311A RU2131525C1 (en) | 1998-03-26 | 1998-03-26 | Modular engine power control |
PCT/RU1999/000085 WO1999049192A1 (en) | 1998-03-26 | 1999-03-24 | Method for controlling the power of a modular engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU98105311A RU2131525C1 (en) | 1998-03-26 | 1998-03-26 | Modular engine power control |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2131525C1 true RU2131525C1 (en) | 1999-06-10 |
Family
ID=20203760
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU98105311A RU2131525C1 (en) | 1998-03-26 | 1998-03-26 | Modular engine power control |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2131525C1 (en) |
WO (1) | WO1999049192A1 (en) |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3089305A (en) * | 1958-08-21 | 1963-05-14 | Hobbs Transmission Ltd | Internal combustion engines and power transmission therefor |
FR2133179A5 (en) * | 1971-04-09 | 1972-11-24 | Jarret Jacques | |
SU527524A1 (en) * | 1974-12-23 | 1976-09-05 | Предприятие П/Я А-1697 | Combined power plant |
US4087205A (en) * | 1975-08-01 | 1978-05-02 | Heintz Richard P | Free-piston engine-pump unit |
FR2542810A1 (en) * | 1982-07-06 | 1984-09-21 | Sellet Christian | Engine with free pistons using the two-stroke cycle |
-
1998
- 1998-03-26 RU RU98105311A patent/RU2131525C1/en not_active IP Right Cessation
-
1999
- 1999-03-24 WO PCT/RU1999/000085 patent/WO1999049192A1/en active Application Filing
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Шелест П.А. Безвальные генераторы газов. - М.: Машгиз, 1960, с.227 - 236. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO1999049192A1 (en) | 1999-09-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7845317B2 (en) | Energy converter | |
US7116004B2 (en) | Method for regulating the operation of a device for generating electric energy by means of a generator driven by a free-piston internal combustion engine | |
US4154200A (en) | Non-polluting heat machine with internal combustion | |
Feng et al. | Research on the intermediate process of a free-piston linear generator from cold start-up to stable operation: Numerical model and experimental results | |
US3766399A (en) | Combustion engine driven generator including spring structure for oscillating the inductor at the mechanical resonant frequency between power strokes | |
US5893343A (en) | Linear electrical energy generator | |
CA2709022C (en) | Method and apparatus for starting an internal combustion engine | |
Jia et al. | Development approach of a spark-ignited free-piston engine generator | |
Ferrari et al. | Development of a free-piston linear generator for use in an extended-range electric vehicle | |
CN102292534A (en) | Engine control system having gradual cylinder cutout | |
RU2131525C1 (en) | Modular engine power control | |
Hannson et al. | Minimizing power pulsations in a free piston energy converter | |
US6390785B1 (en) | High efficiency booster for automotive and other applications | |
EP0280200B1 (en) | Power aggregate | |
Němeček et al. | Ensuring steady operation of free-piston generator | |
RU96111965A (en) | METHOD FOR OPERATING POWER INSTALLATION OF MACHINE, METHOD FOR REGULATING OPERATION OF POWER INSTALLATION OF MACHINE AND POWER INSTALLATION OF MACHINE | |
Chen et al. | A novel stable control strategy of single cylinder free-piston linear generator | |
Gerlach et al. | Control of a directly driven four-stroke free piston engine | |
Xia et al. | Hybrid modelling and control of a free-piston energy converter | |
Kock et al. | A high efficient energy converter for a hybrid vehicle concept-gas spring focused | |
RU2468224C1 (en) | Free-piston double-cylinder energy module of double purpose with common external combustion chamber and linear power generator | |
RU2328607C1 (en) | Method of load synchronisation of free-piston internal combustion engine pistons motion | |
CN115163296B (en) | System and method for improving combustion efficiency and operation stability of free piston internal combustion generator | |
Gerlach et al. | Comparison of active torque damping methods for a power unit in relation to implementation complexity | |
RU2152523C1 (en) | Internal combustion engine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070327 |